DE102007001237B4 - System and method for controlling autoignition - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Motors (10) eines Fahrzeugs, wobei der Motor einen Zylinder (30) mit mindestens einem ersten und zweiten Ventil (52a, 52b) aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
während eines ersten Modus arbeiten mit dem ersten Ventil (52a) aktiv und dem zweiten Ventil (52b) deaktiviert während eines Zyklus des Zylinders (30), wobei während des ersten Modus der Zylinder (30) dahingehend arbeitet, daß er zumindest Luft während eines Ansaugtakts in den Zylinder (30) eintreten läßt, wo die Luft mit Kraftstoff gemischt und komprimiert wird, damit man Selbstzündung erzielt; und
während eines zweiten Modus arbeiten mit dem ersten und zweiten Ventil (52a, 52b) aktiv während eines Zyklus des Zylinders (30), wobei während des zweiten Modus der Zylinder (30) dahingehend arbeitet, zumindest Luft in den Zylinder (30) eintreten zu lassen, wo die Luft mit Kraftstoff gemischt und über einen Funken von einer Zündkerze (92) gezündet wird;
während eines Übergangs von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus das zweite Ventil (52b) aktiviert ist und das erste Ventil (52a) aktiv gehalten wird, wobei das erste und zweite Ventil (52b) Einlaßventile (52a, 52b) des Zylinders (30) sind.
A method of operating an engine (10) of a vehicle, the engine comprising a cylinder (30) with at least first and second valves (52a, 52b), the method comprising:
during a first mode, the first valve (52a) operates actively and the second valve (52b) deactivates during a cycle of the cylinder (30), during the first mode the cylinder (30) operates to provide at least air during an intake stroke can enter the cylinder (30) where the air is mixed with fuel and compressed to achieve auto-ignition; and
during a second mode, the first and second valves (52a, 52b) operate actively during one cycle of the cylinder (30), while during the second mode the cylinder (30) operates to allow at least air to enter the cylinder (30) where the air is mixed with fuel and ignited by a spark plug (92);
during a transition from the first mode to the second mode, the second valve (52b) is activated and the first valve (52a) is kept active, the first and second valve (52b) inlet valves (52a, 52b) of the cylinder (30) are.
Description
Allgemeiner Stand der Technik und kurze DarstellungGeneral state of the art and brief presentation
Zur Verbesserung der Gesamtmotorleistung können Motoren über verschiedene Arbeitszustände hinweg unterschiedliche Verbrennungsmodi verwenden. Beispielsweise kann unter einigen Umständen Verbrennung über Fremdzündung (SI - Spark Ignition) verwendet werden, während unter anderen Bedingungen eine kontrollierte Selbstzündung (CAI - Controlled Auto-Ignition) oder homogene Kompressionszündung (HCCI - Homogenous Charge Compression Ignition) verwendet werden kann. Bei einigen Fällen wird beim Arbeiten in diesen verschiedenen Modi eine unterschiedliche Ventilsteuerung und/oder ein unterschiedlicher Ventilhub verwendet. Der unterschiedliche Ventilbetrieb kann es dem Motor ermöglichen, die gewünschte Art von Zündung oder Verbrennung zuverlässig zu erreichen und gleichzeitig Emissions- und Leistungsziele zu erfüllen.To improve overall engine performance, engines can use different combustion modes across different working conditions. For example, spark ignition (SI) combustion can be used in some circumstances, while controlled auto-ignition (CAI) or homogeneous charge ignition compression (HCCI) can be used in other conditions. In some cases, different valve timing and / or valve lift is used when working in these different modes. The different valve operation can enable the engine to reliably achieve the desired type of ignition or combustion while at the same time meeting emission and performance goals.
Ein Ansatz zur Bereitstellung eines unterschiedlichen Ventilbetriebs in unterschiedlichen Verbrennungsmodi ist in
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Nachteile mit einem derartigen Ansatz erkannt. Weil insbesondere jedes Ventil einen umschaltbaren Ventilbetrieb besitzt, um die verschiedenen Hubprofile bereitzustellen, und es mehrere Ventile pro Zylinder gibt, benötigt jeder Zylinder möglicherweise mehrere Aktuatoren. In Mehrzylindermotoren kann eine derartige erhöhte Anzahl von Aktuatoren zu erhöhten Systemkosten und erhöhtem Gewicht führen. Zudem kann die vergrößerte Anzahl von Aktuatoren einen erhöhten Hydraulikdruck oder eine erhöhte Hydraulikkapazität im Fall von Hydraulikaktuatoren erfordern, womit Gewicht und Kosten potentiell weiter heraufgesetzt werden.The inventors of the present invention have recognized disadvantages with such an approach. In particular, because each valve has switchable valve operation to provide the various stroke profiles and there are multiple valves per cylinder, each cylinder may require multiple actuators. In multi-cylinder engines, such an increased number of actuators can lead to increased system costs and increased weight. In addition, the increased number of actuators may require increased hydraulic pressure or hydraulic capacity in the case of hydraulic actuators, potentially increasing weight and cost.
Bei einem Ansatz können die obigen Probleme behandelt werden durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors eines Fahrzeugs, wobei der Motor einen Zylinder mit mindestens einem ersten und zweiten Ventil aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: während eines ersten Modus arbeiten mit dem ersten Ventil aktiv und dem zweiten Ventil deaktiviert während eines Zyklus des Zylinders, wobei während des ersten Modus der Zylinder dahingehend arbeitet, daß er zumindest Luft während eines Ansaugtakts in den Zylinder eintreten läßt, wo die Luft mit Kraftstoff gemischt und komprimiert wird, damit man Selbstzündung erzielt; und während eines zweiten Modus arbeiten mit dem ersten und zweiten Ventil aktiv während eines Zyklus des Zylinders, wobei während des zweiten Modus der Zylinder dahingehend arbeitet, zumindest Luft in den Zylinder eintreten zu lassen, wo die Luft mit Kraftstoff gemischt und über einen Funken von einer Zündkerze gezündet wird.In one approach, the above problems can be addressed by a method of operating an engine of a vehicle, the engine having a cylinder with at least a first and a second valve, the method comprising: working actively with the first valve and during a first mode the second valve is deactivated during a cycle of the cylinder, during the first mode the cylinder operates to at least allow air to enter the cylinder during an intake stroke where the air is mixed and compressed with fuel to achieve auto-ignition; and during a second mode, the first and second valves operate actively during one cycle of the cylinder, during the second mode the cylinder operates to allow at least air to enter the cylinder where the air is mixed with fuel and via a spark of one Spark plug is ignited.
Ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift
Erfindungsgemäß ist während eines Übergangs von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus das zweite Ventil aktiviert und das erste Ventil wird aktiv gehalten, wobei das erste und zweite Ventil Einlaßventile des Zylinders sind.According to the invention, during a transition from the first mode to the second mode, the second valve is activated and the first valve is kept active, the first and second valves being intake valves of the cylinder.
Auf diese Weise ist es möglich, einen Übergang zwischen unterschiedlichen Hubprofilen bereitzustellen, wenn die Verbrennung von Selbstzündung oder Kompressionszündung zu Fremdzündung gewechselt wird, indem einfach das zweite Ventil aktiviert wird (wenngleich gegebenenfalls auch Änderungen bei anderem Ventilbetrieb verwendet werden können).In this way it is possible to provide a transition between different stroke profiles when the combustion is switched from compression ignition or compression ignition to spark ignition by simply activating the second valve (although changes in other valve operation may also be used if necessary).
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt eine beispielhafte Motorzylinderkonfiguration;1 shows an exemplary engine cylinder configuration; -
2A-B zeigen eine detaillierte Ansicht von beispielhaften Verbrennungskammern;2A-B show a detailed view of exemplary combustion chambers; -
2C zeigt eine beispielhafte Detailansicht eines Stößels zur Verwendung mit dem Beispiel von2B ;2C shows an exemplary detailed view of a plunger for use with the example of FIG2 B ; -
3 veranschaulicht beispielhafte Hubprofile und3 illustrates exemplary lift profiles and -
4-6 zeigen Flußdiagramme auf hoher Ebene zum Ausführen eines beispielhaften Systembetriebs.4-6 Figure 14 shows high level flow diagrams for performing exemplary system operation.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Der Ansaugkrümmer
Ein Abgassensor
Das Zündsystem
Der Controller
Hinter dem Katalysator
Der Controller
Bei diesem Beispiel werden die Temperatur Tcat1 des Katalysators
Weiter bei
Bei einer Ausführungsform, die im Hinblick auf
Das verarbeitete Sensorausgangssignal des Sensors
Wie oben beschrieben, zeigt
Zudem lenkt bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR) einen erwünschten Teil des Abgases von dem Auslaßkrümmer
Der Motor
Wie unten beschrieben wird eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung verwendet, um für den fast stöchiometrischen Betrieb zu sorgen. Zudem kann Rückkopplung von Abgassauerstoffsensoren verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei magerem und bei reichem Betrieb zu steuern. Insbesondere kann ein HEGO (Heated Exhaust Gas Oxygen Sensor) vom Schalttyp für die stöchiometrische Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet werden durch Steuern des eingespritzten Kraftstoffs (oder zusätzlich Luft über Drosselklappe oder VCT) auf der Basis einer Rückkopplung von dem HEGO-Sensor und dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Zudem kann ein UEGO-Sensor (der eine im wesentlichen lineare Ausgabe über einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis liefert) dazu verwendet werden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei magerem, reichem und stöchiometrischem Betrieb zu steuern. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung (oder zusätzlich Luft über Drosselklappe oder variable Ventilzeitsteuerung oder Steuern, welches und eine Reihe von Einlaß- und/oder Auslaßventilen, die aktiv sind) auf der Basis eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom Sensor eingestellt. Zudem könnte gegebenenfalls noch weiter eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung für individuelle Zylinder verwendet werden.As described below, air-fuel ratio feedback control is used to provide almost stoichiometric operation. In addition, feedback from exhaust gas oxygen sensors can be used to control the air-fuel ratio during lean and rich operation. In particular, a switching type HEGO (Heated Exhaust Gas Oxygen Sensor) can be used for stoichiometric control of the air-fuel ratio by controlling the injected fuel (or additionally air via throttle valve or VCT) based on feedback from the HEGO sensor and the desired air-fuel ratio. In addition, a UEGO sensor (which provides a substantially linear output over an exhaust air-fuel ratio) can be used to control the air-fuel ratio in lean, rich, and stoichiometric operation. In this case, fuel injection (or additional air via throttle or variable valve timing or control which and a series of intake and / or exhaust valves that are active) is based on a desired air-fuel ratio and the air-fuel ratio. Ratio set by the sensor. In addition, an air-fuel ratio control could be used for individual cylinders if necessary.
In Verbindung mit den dargestellten Ausführungsformen kann auch eine Erfassung der Feuchtigkeit verwendet werden. Beispielsweise ist ein Sensor
Man beachte auch, daß Feuchtigkeit auf der Basis verschiedener Arbeitsparameter wie etwa dem Luftdruck geschätzt oder daraus abgeleitet werden kann. Alternativ kann die Feuchtigkeit auf der Basis von Selbstzündungskennlinien in [Lakune] über adaptives Lernen abgeleitet werden. Zudem können Luftdruck und adaptives Lernen in Kombination und auch mit erfaßten Feuchtigkeitswerten verwendet werden.Note also that moisture can be estimated or derived from various working parameters such as air pressure. Alternatively, the moisture can be derived on the basis of auto-ignition characteristics in [Lakune] via adaptive learning. In addition, air pressure and adaptive learning can be used in combination and also with recorded moisture values.
Wie unten ausführlicher beschrieben wird, kann die Verbrennung im Motor
Eine weitere Art von Verbrennung, die vom Motor
Im Kompressionszündarbeitsmodus kann es wünschenswert sein, eine enge Kontrolle über die Zeitsteuerung der Selbstzündung auszuüben. Die anfängliche Einlaßfüllmengentemperatur beeinflußt direkt die Zeitsteuerung der Selbstzündung. Der Beginn der Zündung wird nicht direkt von einem Ereignis wie etwa dem Einspritzen von Kraftstoff in dem Standarddieselmotor oder dem Zünden der Zündkerze in dem Motor mit Fremdzündung gesteuert. Zudem wird die Wärmefreisetzungsrate weder durch die Rate noch durch die Dauer des Kraftstoffeinspritzprozesses wie beim Dieselmotor noch durch die Ausbreitungszeit der turbulenten Flamme wie bei dem Motor mit Fremdzündung gesteuert.In compression ignition mode, it may be desirable to have tight control over the timing of the auto-ignition. The initial intake fill temperature directly affects the auto-ignition timing. The start of the ignition is not directly controlled by an event such as the injection of fuel in the standard diesel engine or the ignition of the spark plug in the spark ignition engine. In addition, the rate of heat release is controlled neither by the rate nor by the duration of the fuel injection process as in the diesel engine nor by the propagation time of the turbulent flame as in the spark ignition engine.
Man beachte, daß die Selbstzündung auch ein Phänomen ist, die in einem Motor mit Fremdzündung Klopfen verursachen kann. Klopfen kann in Motoren mit Fremdzündung unerwünscht sein, da es die Wärmeübertragung innerhalb des Zylinders verstärkt und den Kolben verbrennen oder beschädigen kann. Bei einer gesteuerten Kompressionszündungsoperation mit ihrem hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis führt Klopfen normalerweise nicht zu einer Verschlechterung des Motors, da die verdünnte Füllmenge die Rate des Druckanstiegs niedrig und die Höchsttemperatur der verbrannten Gase relativ niedrig hält. Die niedrigere Rate des Druckanstiegs mildert die für ein Fremdzündungsklopfen charakteristischen schädlichen Druckschwingungen.Note that auto-ignition is also a phenomenon that can cause knock in an spark-ignition engine. Knocking can be undesirable in spark-ignition engines because it increases heat transfer within the cylinder and can burn or damage the piston. In a controlled compression ignition operation with its high air-fuel ratio, knocking does not normally result in engine deterioration because the diluted charge keeps the rate of pressure rise low and the maximum temperature of the burned gases relatively low. The lower rate of pressure increase mitigates the harmful pressure vibrations characteristic of spark ignition knock.
Im Vergleich zu einem Fremdzündungsmotor kann die Temperatur der Füllmenge zu Beginn des Kompressionstakts in der Regel heraufgesetzt werden, um bei oder in der Nähe des Endes des Kompressionstakts Selbstzündungsbedingungen zu erreichen. Der Fachmann versteht, daß zum Anheben der anfänglichen Füllmengentemperatur zahlreiche andere Verfahren verwendet werden können. Zu einigen von diesen zählen: Erhitzen der Einlaßluft (Wärmetauscher), Teil der warmen Verbrennungsprodukte in dem Zylinder halten (interne AGR) durch Einstellen der Einlaß- und/oder Auslaßventilzeitsteuerung, Komprimieren der Einlaßfüllmenge (Turboladen oder Aufladen), Ändern der Selbstzündungskennlinien und des dem Motor gelieferten Kraftstoffs und Erwärmen der Einlaßluftfüllmenge (externes AGR).Compared to a spark ignition engine, the temperature of the filling quantity can usually be raised at the beginning of the compression stroke in order to achieve auto-ignition conditions at or near the end of the compression stroke. Those skilled in the art will understand that numerous other methods can be used to raise the initial fill temperature. Some of these include: heating the intake air (heat exchanger), keeping part of the warm combustion products in the cylinder (internal EGR) by adjusting the intake and / or exhaust valve timing, compressing the intake charge amount (turbocharging or charging), changing the auto-ignition characteristics and the like Engine supplied fuel and warming the intake air charge (external EGR).
Während der HCCI-Verbrennung kann die Selbstzündung des Verbrennungsraumgases so gesteuert werden, daß sie an einer gewünschten Position des Kolbens oder Kurbelwinkels auftritt, um ein gewünschtes Motordrehmoment zu erzeugen, und somit ist es möglicherweise nicht erforderlich, einen Funken von einem Zündungsmechanismus einzuleiten, damit es zur Verbrennung kommt. Eine späte Zeitsteuerung der Zündkerze, nachdem eine Selbstzündungstemperatur erreicht worden sein sollte, kann jedoch als eine Reservezündungsquelle in dem Fall verwendet werden, daß es zu keiner Selbstzündung kommt.During HCCI combustion, the auto-ignition of the combustion chamber gas can be controlled to occur at a desired position of the piston or crank angle to produce a desired engine torque, and so it may not be necessary to initiate a spark from an ignition mechanism for it comes to combustion. However, late spark plug timing after an auto-ignition temperature should have been reached can be used as a backup ignition source in the event that auto-ignition does not occur.
Eine dritte Art der Verbrennung, die vom Motor
Bei einer Ausführungsform kann im Funkenunterstützungsmodus gearbeitet werden, wo eine kleine Kraftstoffmenge den Gasen in der Nähe der Zündkerze zugeführt wird. Diese kleine Kraftstoffwolke kann verwendet werden, damit sich die Flamme besser ausbreiten und einen erhöhten Druck in dem Zylinder erzeugen kann, um dadurch eine Selbstzündung der verbleibenden Luft-Kraftstoff-Mischung einzuleiten. Somit kann eine relativ kleine Wolke an reicheren Gasen dazu verwendet werden, die sich in der Nähe der Zündkerze befinden, die auch homogen, stratifiziert oder geringfügig stratifiziert sein kann. Ein Ansatz zur Bereitstellung eines derartigen Betriebs kann darin bestehen, eine zweite Direktkraftstoffeinspritzung im Kompressionstakt zu verwenden.In one embodiment, spark assist mode may be used where a small amount of fuel is supplied to the gases near the spark plug. This small cloud of fuel can be used to allow the flame to spread better and create increased pressure in the cylinder, thereby initiating auto-ignition of the remaining air-fuel mixture. Thus, a relatively small cloud of richer gases can be used that are near the spark plug, which can also be homogeneous, stratified, or slightly stratified. One approach to providing such operation can be to use a second direct fuel injection in the compression stroke.
Ein Beispiel für eine Anwendung, die mindestens die drei oben vorgestellten Verbrennungsmodi beinhaltet, kann die Verwendung von SI zum Anlassen und/oder nach dem Motoranlassen während einer Motoraufwärmperiode enthalten. Nach einem derartigen Motoranlassen und Motoraufwärmen kann der Verbrennungsprozeß für verbesserte Kraftstoffeinsparung und Emissionen durch die funkenunterstützte Verbrennung zur HCCI-Verbrennung übergehen. Während Perioden, wenn ein hohes Motordrehmoment erforderlich ist, kann eine Funkenunterstützung aktiviert werden, um eine ordnungsgemäße Verbrennungszeitsteuerung sicherzustellen. Wenn der Motor zur Anforderung nach wenig oder mäßigem Drehmoment zurückkehrt, kann die Involvierung der Funkenunterstützung enden, damit man die vollen Vorzüge von HCCI realisiert. An example of an application that includes at least the three combustion modes presented above may include using SI for starting and / or after engine starting during an engine warm-up period. After such engine cranking and warming up, the combustion process can transition to HCCI combustion for improved fuel economy and emissions through spark assisted combustion. During periods when high engine torque is required, spark assist can be activated to ensure proper combustion timing. When the engine returns to the request for low or moderate torque, the involvement of the spark assist can end to realize the full benefits of HCCI.
Wie oben angemerkt kann Umgebungsfeuchtigkeit von während des Einlaßtakts in den Motor gesaugten Luft die Verbrennungstemperatur über eine Verdünnung der Füllmenge mit Material beeinflussen, das nicht oxidiert werden kann, und weil die spezifische Wärme von Wasser höher ist als von Luft. Somit sollte mit steigender Feuchtigkeit, damit man eine gewünschte Selbstzündungszeitsteuerung erhält, die anfängliche Füllmengentemperatur gemäß Feuchtigkeitskonzentrationen eingestellt werden. Beispielsweise kann die Verwendung der Feuchtigkeitserfassung oder -abschätzung somit verbesserte Einstellungen an mehreren Motorarbeitsparametern ermöglichen, um das Erreichen oder Aufrechterhalten der HCCI-Verbrennung selbst dann zu unterstützen, wenn ein Fahrzeug möglicherweise variierende Niveaus von Umgebungsfeuchtigkeit erfährt. Somit erfordert eine erhöhte Feuchtigkeit möglicherweise höhere Anfangstemperaturen, und eine niedrigere Feuchtigkeit kann eine niedrigere Anfangstemperatur für eine gegebene Selbstzündungszeitsteuerung bei einer gegebenen Drehzahl und einem gegebenen Drehmoment erfordern.As noted above, ambient humidity of air drawn into the engine during the intake stroke can affect the combustion temperature by diluting the fill with material that cannot be oxidized and because the specific heat of water is higher than that of air. Thus, with increasing moisture, in order to obtain a desired autoignition timing, the initial fill temperature should be adjusted according to moisture concentrations. For example, the use of moisture detection or estimation may thus allow for improved settings on multiple engine working parameters to help achieve or maintain HCCI combustion even when a vehicle is experiencing varying levels of ambient humidity. Thus, increased humidity may require higher starting temperatures, and lower humidity may require a lower starting temperature for a given auto-ignition timing at a given speed and torque.
Die Umgebungsfeuchtigkeit der während des Einlaßtakts in den Motor gesaugten Luft beeinflußt auch die Verbrennungsspitzentemperaturen, weil sie eine höhere spezifische Wärme als Luft aufweist, das üblichere Verdünnungsmittel. Wenn die Umgebungsfeuchtigkeit der während des Einlaßtakts in den Motor gesaugten Luft zunimmt, nimmt die Verbrennungsspitzentemperatur über eine Verdünnung der Füllmenge mit Material ab, das nicht oxidiert werden kann und folglich die erforderliche anfängliche Füllmengentemperatur anhebt, um eine effiziente HCCI-Verbrennung zu erzielen. Die relative oder Umgebungsfeuchtigkeit kann unter Verwendung von Sensoren
Man beachte, daß mehrere andere Parameter sowohl die Verbrennungsspitzentemperatur als auch die erforderliche Temperatur für eine effiziente HCCI-Verbrennung beeinflussen können. Diese und etwaige andere anwendbare Parameter können in den in dem Motorcontroller
Wenngleich einer oder mehrere der obigen Verbrennungsmodi in einigen Beispielen verwendet werden können, können noch andere Verbrennungsmodi wie etwa stratifizierte Operationen verwendet werden, entweder mit oder ohne durch Fremdzündung eingeleitete Verbrennung.While one or more of the above combustion modes can be used in some examples, other combustion modes, such as stratified operations, can be used, either with or without spark-initiated combustion.
Wie hier angemerkt, wird oder werden bei einem Beispiel eines zur Kompressions- oder Selbstzündung fähigen Motor das oder die Einlaßventile je nach dem ausgewählten Verbrennungsmodus entweder durch ein höheres oder niedrigeres Hubnockenprofil betätigt. Das niedrige Hubnockenprofil wird verwendet, um in dem Zylinder eine große Menge an Restgas (Abgas) einzufangen. Die eingefangenen Gase fördern in einigen Beispielen die Kompressions- oder Selbstzündung durch Erhöhen der anfänglichen Füllmengentemperatur. Beim Fremdzündungsmodus jedoch (entweder hohe oder niedrige Belastungen) wird das hohe Hubnockenprofil verwendet. Ein derartiges umschaltbares Nockenprofil kann durch verschiedene Nocken- und Stößel-Systeme erreicht werden, die beispielsweise zwischen einem inneren und äußeren Steg umschalten. Das Umschalten kann erreicht werden durch Ölflußhydraulikaktuatoren, was eine Ölpumpe mit stärkerem Fluß erforderlich machen kann, wodurch potentiell Gewicht und Kosten zunehmen und die Effizienz reduziert wird (zum Beispiel kann eine Ölpumpe mit stärkerem Fluß zu höherem kapazitärem Verlust aufgrund des vergrößertem Ölvolumens und potentiellen Problemen hinsichtlich eines Mangels an ausreichender Strömung in den Ölleitungen führen). Als weiteres Beispiel können solche Systeme eine vergrößerte Anzahl von Stößeln sowie höhere Kosten bei der maschinellen Bearbeitung involvieren.As noted here, in one example of a compression or auto ignition engine, the intake valve (s) are actuated by either a higher or lower lift cam profile depending on the combustion mode selected. The low lift cam profile is used to trap a large amount of residual gas (exhaust gas) in the cylinder. The trapped gases, in some examples, promote compression or autoignition by increasing the initial fill temperature. However, in the spark ignition mode (either high or low loads), the high lift cam profile is used. Such a switchable cam profile can be achieved by various cam and tappet systems, which switch, for example, between an inner and an outer web. Switching can be accomplished by oil flow hydraulic actuators, which may require a stronger flow oil pump, potentially increasing weight and cost, and reducing efficiency (for example, a stronger flow oil pump may result in greater capacity loss due to increased oil volume and potential problems with respect to it) a lack of sufficient flow in the oil lines). As another example, such systems can involve an increased number of rams and higher machining costs.
Somit kann bei einer weiteren Ausführungsform anstatt, daß ein Zylinder mit einem einzelnen Einlaßventil (oder mehreren umschaltbaren Einlaßventilen) verwendet wird, der zwischen verschiedenen Profilen umschaltet, ein Zylinder mit mindestens zwei Einlaßventilen verwendet werden, wobei jedes der Ventile ein anderes Hubprofil (mindestens für diesen Zylinder) aufweist. Während der Kompressions- oder Selbstzündung kann ein Einlaßventil mit einem höheren und/oder längeren Hub durch die Verwendung eines kollabierbaren Stößels blockiert werden, während ein Einlaßventil mit einem niedrigeren und/oder kurzen Hub aktiv bleibt. Während der Funkenzündung kann das Einlaßventil mit höherem/längerem Hub dahingehend arbeiten, die Luftströmung in dem Motor zu erhöhen, während das Einlaßventil mit dem niedrigeren/kürzeren Hub weiterhin arbeitet. Thus, in another embodiment, instead of using a cylinder with a single intake valve (or multiple switchable intake valves) that switches between different profiles, a cylinder with at least two intake valves can be used, each of the valves having a different lift profile (at least for this Cylinder). During compression or auto-ignition, an intake valve with a higher and / or longer stroke can be blocked by using a collapsible plunger, while an intake valve with a lower and / or short stroke remains active. During spark ignition, the higher / longer stroke intake valve may operate to increase airflow in the engine while the lower / shorter stroke intake valve continues to operate.
Aufgrund der Tatsache, daß bei diesem Beispiel nun nur die Hälfte der Ventile umgeschaltet werden müssen, sind die Ölflußanforderungen für die Ventilbetätigung signifikant reduziert, wodurch die Gesamtölflußanforderungen des Motorsystems reduziert werden. Bei härterer Berücksichtigung des Ventils sind bei diesem Beispiel nur die Hälfte der Stöße umschaltbare Einheiten, und die Nockenwelle kann mit einem preiswerteren Herstellungsprozeß mit erheblich weniger maschineller Verarbeitung hergestellt werden. Zudem kann die Ölpumpe eine niedrigere Arbeitsflußrate, was die Kosten reduziert, und niedrigere parasitäre Verluste aufweisen. Auf diese Weise können die Systemkosten gesenkt werden, während man weiterhin sowohl Fremd- als auch Kompressions- oder Selbstzündung zusammen mit Übergängen dazwischen erhält.Due to the fact that in this example only half of the valves now need to be switched, the oil flow requirements for valve actuation are significantly reduced, thereby reducing the overall oil flow requirements of the engine system. If the valve is considered harder, only half of the shocks are switchable units in this example, and the camshaft can be manufactured using a cheaper manufacturing process with considerably less machine processing. In addition, the oil pump can have a lower work flow rate, which reduces costs, and lower parasitic losses. In this way, system costs can be reduced while still getting spark, compression or auto ignition along with transitions in between.
Aktiver Ventilbetrieb kann sich auf das Öffnen und Schließen des Ventils während eines Zyklus des Zylinders beziehen, wo deaktivierte Ventile für einen Zyklus des Zylinders in einer geschlossenen Position gehalten (oder in einer festen Position für den Zyklus gehalten) werden können.Active valve operation can refer to the opening and closing of the valve during a cycle of the cylinder, where deactivated valves can be held in a closed position (or held in a fixed position for the cycle) for one cycle of the cylinder.
Während die obigen Beispiele die Vorteile einer bestimmten Situation veranschaulichen, können die vorliegenden Ansätze auf eine Vielfalt unterschiedlicher Systeme und Konfigurationen angewendet werden, wie etwa auf Abgassysteme, sowie auf Systeme mit mehr als zwei Einlaß- oder zwei Auslaßventilen pro Zylinder.While the above examples illustrate the benefits of a particular situation, the present approaches can be applied to a variety of different systems and configurations, such as exhaust systems, as well as systems with more than two intake or two exhaust valves per cylinder.
Zu einem beispielhaften Einlaßventilsystem zurückkehrend kann das erste Einlaßventil ein niedrigeres Hubprofil aufweisen, das von sich aus in der Lage ist, ausreichend Luft strömen zu lassen, damit der Motor in Kompressions- oder Selbstzündung arbeitet. Zudem kann des erste Einlaßventil eine für Kompressions- oder Selbstzündung eingestellte Ventilzeitsteuerung (fest oder einstellbar) aufweisen. Das zweite Einlaßventil kann einen Ventilhub und/oder eine Ventilzeitsteuerung (fest oder einstellbar) aufweisen, das den Rest der Luft zur Fremdzündung liefert, zusätzlich zu der für die Kompressions- oder Selbstzündung erforderlichen Luft, wie in dem Beispiel von
Die Ventildeaktivierung kann über schaltbare Stößel erfolgen, die an einem Ventil mit höherem/längerem Hub angebracht sind, das in einem Beispiel nur während des Fremdzündungsbetriebs aktiv ist. Während Kompressions- oder Selbstzündung kann der Stößel deaktivieren, damit das Ventil mit einem höheren/längeren Hub während eines Zyklus des Zylinders geschlossen bleibt. Das Ventil mit niedrigerem/kürzerem Hub kann permanent aktiv sein, um während eines Zyklus des Zylinders zu öffnen und zu schließen, damit entweder die ganze Luft während Kompressions- oder Selbstzündung oder Teil der Luft zur Fremdzündung bereitgestellt wird.The valve can be deactivated via switchable tappets which are attached to a valve with a higher / longer stroke, which in one example is only active during spark ignition operation. During compression or auto-ignition, the plunger can deactivate so that the valve remains closed with a higher / longer stroke during one cycle of the cylinder. The lower / shorter stroke valve may be permanently active to open and close during one cycle of the cylinder to provide either all of the air during compression or auto-ignition or part of the air to spark-ignite.
Bei einer weiteren Ausführungsform jedoch kann das Einlaßventil mit einem höheren/längeren Hub auch unter anderen Bedingungen als Kompressions- oder Selbstzündung deaktiviert werden, wie etwa während einer Fahrzeugverlangsamung, um die Luftströmung während eines Abschaltens des Kraftstoffs während der Verlangsamung zu reduzieren, oder unter anderen Bedingungen. Zudem sind verschiedene Ventile so bezeichnet worden, daß sie einen höheren oder kürzeren Hub aufweisen, das durch einen maximalen Ventilhub oder eine mittlere Ventilhubhöhe (öffnend in den Zylinder) identifiziert werden kann. Gleichermaßen können Ventile mit einem kürzeren oder längeren Hub beispielsweise durch eine Kurbelwinkelöffnungsdauer identifiziert werden, auch wenn sich die Ventile möglicherweise früher oder später während des Zylinderzyklus öffnen und/oder schließen.However, in another embodiment, the higher / longer stroke intake valve may be deactivated under conditions other than compression or auto-ignition, such as during a vehicle deceleration to reduce airflow during fuel shutdown during the deceleration, or under other conditions , In addition, various valves have been designated to have a higher or shorter stroke, which can be identified by a maximum valve stroke or an average valve lift height (opening into the cylinder). Likewise, valves with a shorter or longer stroke can be identified, for example, by a crank angle opening period, even if the valves may open and / or close earlier or later during the cylinder cycle.
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Wenngleich dieses Beispiel einen Motor mit oben liegender Nockenwelle mit einem an dem Ventilschaft gekoppelten Stößel zeigt, können Stößel auch mit einem Stoßstangenmotor verwendet werden, und ein kollabierbarer Stößel kann somit an eine Stoßstange gekoppelt sein. Although this example shows an overhead camshaft engine with a tappet coupled to the valve stem, tappets can also be used with a bumper motor, and a collapsible tappet can thus be coupled to a bumper.
Zudem zeigt das Diagramm von
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Insbesondere ist bei diesem Beispiel das Schubprofil
Insbesondere zeigt
Auf diese Weise kann ein alternativer Ansatz unter Verwendung eines deaktivierbaren Stößels verwendet werden, bei dem die Herstellbarkeit des Stößels erhöht ist und gleichzeitig die gewünschte Wirkung beibehalten wird.In this way, an alternative approach using a deactivatable plunger can be used, in which the producibility of the plunger is increased and at the same time the desired effect is maintained.
Schließlich können gegebenenfalls noch weitere Beispiele der Ventildeaktivierung verwendet werden.Finally, further examples of valve deactivation can optionally be used.
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Wenn beide Einlaßventile aktiv sind, kann ein effektives Hubprofil wie durch
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Wenn die Antwort auf
Bei
Beispielsweise kann die Routine auf der Basis der gewünschten Drehmomentabgabe, des Übertragungszustands usw. eine Reihe von Kompressions- oder Selbstzündungszylindern auswählen.For example, the routine may select a number of compression or auto-ignition cylinders based on the desired torque output, transmission condition, etc.
Von entweder
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Man beachte, daß, wenn einige Zylinder einen Übergang in die Fremdzündung und einige aus der Fremdzündung heraus durchführen sollen, die Routine von
Unter weiterer Bezugnahme auf
Umgekehrt deaktiviert bei
Bei den obigen Beispielen ist es somit möglich, Verbrennungsmodi zu ändern, ohne daß dies ein Umschalten des Hubprofils erfordert; es kann eine recht einfache Ventildeaktivierung verwendet werden. Eine derartige Konstruktion kann für Motoren mit Stoßstange als auch mit oben liegender Nockenwelle vorteilhaft sein.In the above examples, it is thus possible to change combustion modes without requiring a change in the stroke profile; a fairly simple valve deactivation can be used. Such a construction can be advantageous for engines with a bumper and with an overhead camshaft.
Nunmehr unter Bezugnahme auf
Wenn die Deaktivierung bei
Man beachte, daß die hier enthaltenen Steuerroutinen mit unterschiedlichen Motorkonfigurationen wie etwa jenen oben beschriebenen verwendet werden können. Die hier beschriebene spezifische Routine kann eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisangetrieben, interruptangetrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Als solches können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Sequenz oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern ist zur leichteren Darstellung und Beschreibung angegeben. Ein oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Schritte graphisch Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium im Controller
Es versteht sich, daß die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen von Natur aus beispielhaft sind und daß diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf die Motortypen V-6, I-4, 1-6, V-12, Gegentakt-4 Zylinder und andere angewendet werden. Als ein weiteres Beispiel können verschiedene andere Mechanismen in einem System verwendet werden, das zwei verschiedene Ventilprofile für jedes der Ventile in einem Zylinder und die selektive Deaktivierung eines oder mehrerer Ventile zum Bereitstellen der korrekten Strömungsbedingungen für Kompressions- oder Selbstzündungsverbrennung verwendet. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen hier offenbarten Merkmalen, Funktionen und/oder anderen Eigenschaften.It is to be understood that the configurations and routines disclosed herein are exemplary in nature and that these specific embodiments are not to be considered in a limiting sense, because numerous variations are possible. For example, the above technology can be applied to the engine types V-6, I-4, 1-6, V-12, push-pull 4-cylinder and others. As another example, various other mechanisms can be used in a system that uses two different valve profiles for each of the valves in a cylinder and selectively deactivating one or more valves to provide the correct flow conditions for compression or auto-ignition combustion. The subject matter of the present disclosure contains all novel and non-obvious combinations and partial combinations of the various systems and configurations and other features, functions and / or other properties disclosed here.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neuartig und nicht naheliegend angesehen werden, besonders hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, daß sie die Inkorporation von einem oder mehreren solchen Elementen beinhalten und weder zwei oder mehr derartige Elemente erfordern oder ausschließen. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in diese oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob breiter, enger, gleich oder verschieden hinsichtlich Schutzbereich der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls so angesehen, daß sie innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.The following claims highlight particular combinations and sub-combinations that are considered novel and not obvious. These claims may relate to "an" element or "a first" element or the equivalent thereof. Such claims should be understood to include the incorporation of one or more such elements and neither require nor exclude two or more such elements. Other combinations and partial combinations of the disclosed features, functions, elements and / or properties can be claimed by amending the present claims or by submitting new claims in this or a related application. Such claims, whether broader, narrower, the same, or different in scope of the original claims, are also considered to be included within the subject matter of the present disclosure.
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